DE2208344A1 - Arrangement with several radiation sensors - Google Patents
Arrangement with several radiation sensorsInfo
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Description
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052-18.381Ρ(18.382H) 22. 2. 1972052-18.381Ρ (18.382H) February 22, 1972
DYNARAD. Inc., Norwood (Mass.). V. St. A. DYNARAD. Inc., Norwood (Mass.). V. St. A.
Anordnung mit mehreren StrahlungsfühlernArrangement with several radiation sensors
Die Erfindung bezieht sich auf Strahlungsfühler und
insbesondere auf eine Anordnung zur elektrischen Abtastung einer Beobachtungsfläche mit einem ausgerichteten Strahlungsfühler.
The invention relates to radiation sensors and
in particular to an arrangement for the electrical scanning of an observation area with an aligned radiation sensor.
Die von einem Körper oder einem Objekt ausgesandte infrarote Strahlung wurde zu einer bedeutenden Informationsquelle über diesen Körper oder dieses Objekt. Mit Hilfe von infraroten Fühlern, die eine Beobachtungsfläche entlang einer oder mehrerer senkrechter Achsen der Beobachtimgsfläche abtasten, kann die von dieser Beobachtungsfläche empfangene infrarote Strahlung in eine Folge von elektrischen Impulsen umgewandelt werden, die ihrerseits in einen Anzeiger eingespeist werden können, wie beispielsweise in eine Kathoden-The infrared radiation emitted by a body or an object has become an important source of information about this body or object. With the help of infrared sensors, the observation area along a or several vertical axes of the observation surface can scan the received from this observation surface infrared radiation in a series of electrical impulses which in turn are fed into a scoreboard can be, for example in a cathode
052-4*NA-2)-Ko-r (7)052-4 * NA-2) -Ko-r (7)
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strahlröhre, um eine Abbildung der empfangenen Strahlung zu erzeugen.beam tube to get an image of the received radiation to create.
Die Abtastung kann mit Hilfe eines einzigen Fühlers ausgeführt werden, der mechanisch abtastet oder der einen optischen Weg hat, der mechanisch entlang einer oder mehrerer Achsen abtastet. Die Mechanik derartiger Abtasteinrichtungen sind jedoch oft teuer, empfindlich und neigen dazu, in ihrer Abtastgeschwindigkeit langsam zu sein. Statt dessen kann auch eine geordnete oder ausgedehnte Anordnung von Fühlerzellen verwendet werden, wobei mechanische oder elektrische Einrichtungen aufeinanderfolgend oder geordnet den auf jede Zelle der Anordnung einfallenden Strahlungswert erfassen oder abtasten» Mechanische Abtasteinrichtungen für eine solche Anordnung neigen dazu, elektrisch und mechanisch geräuschvoll oder verrauscht zu sein. Ihre Betriebssicherheit ist gering und sie 3ind empfindlich gegen Bewegungen» Elektronische Abtasteinrichtungen von herkömmlicher Konstruktion erzeugen zerstörende Schaltübergänge. Sie erfordern oft komplizierte und instabile Bezugsspannungsquellen. Schließlich werden sie durch die Zeitkonstante der einzelnen Fühler und Schaltkreise über kurze Abtastintervalle eingeschränkt.The scanning can be done with the help of a single probe be carried out that mechanically scans or that has an optical path that is mechanically along one or more Axes. However, the mechanics of such scanning devices are often expensive, sensitive and tend to be to be slow in their scanning speed. Instead of of this, an ordered or extended arrangement of sensor cells can also be used, with mechanical or electrical devices sequentially or in order detect or scan the radiation value incident on each cell of the arrangement »mechanical scanning devices for such an arrangement tend to be noisy or noisy electrically and mechanically. Your operational safety is small and they are sensitive to movement. Electronic scanning devices from conventional ones Construction create destructive switching transitions. They often require complicated and unstable voltage references. Finally, they are determined by the time constant of the individual sensors and circuits over short sampling intervals restricted.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Abtasteinrichtung vorgesehen, die sich wiederholend oder periodisch eine Folge von Impulsen erzeugt, die in ihrer Lage so moduliert sind, daß sie in der Ist-Zeit mit einer infraroten oder einer anderen Strahlung übereinstimmen, die auf eine Anordnung von FUhlerquellen fokussiert is to Die Lage jedes Impulses stellt den Strahlungsbetrag dar, der auf eine entsprechende Zelle der Anordnung einfällt«In a preferred embodiment of the invention, a scanning device is provided which is repetitive or a sequence of pulses is periodically generated, the position of which is modulated in such a way that it is in the actual time with an infrared or another radiation that focuses on an array of sensor sources is to The position of each pulse represents the amount of radiation which falls on a corresponding cell of the arrangement "
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Die elektronische Abtastung der Zellenanordnung zur Erzeugung der Impulsfolge wird dadurch erreicht, daß ein Rampensignal in hintereinandergeschaltete Schaltungen und Impulsgeneratoren eingespeist wird, wobei jede Fühlerzelle ein Teil einer entsprechenden Schaltung iste. Der Widerstand jeder Fühlerzelle wird abhängig von der Größe der auf sie einfallenden Strahlung verändert« Jede Zelle arbeitet in jeder Schaltung so, daß sich das Potential oder die Ladung auf einem Kondensator der Schaltung übereinstimmend mit dem Widerstand der Zelle verändert« Jeder Kondensator der Schaltung wird während einer Anstiegszeit des Rampensignals aufgeladen, der in diese Schaltung über einem Bezugspegel, der vorzugsweise bei Null liegt, eingespeist wird« Jeder Kondensator wird wahlweise übereinstimmend mit dem zugeordneten Zellenwiderstand während eines Teils des eingespeisten Rampensignals, der unterhalb von diesem Bezugspegel liegt, entladen. Die Subtraktion des Kondensatorpotentials vom eingespeisten Rampenpegel erzeugt ein Signal, das den Bezugspegel in einer Zeit kreuzt, die den Zellenwiderstand darstellt und der einfallenden Strahlung entsprichto Das in jede Schaltung eingespeiste Rampensignal wird zusammen durch einen mittleren Signalpegel versetzt, der durch jede Schaltung der liintereinandergeschal teten Schaltungen beigetragen wird, so daß ein getrennter und einziger Zeitbereich für den Kreuzungspegel durch jede Schaltung eingerichtet ist.The electronic scanning of the cell arrangement for generating the pulse train is achieved in that a Ramp signal is fed into series-connected circuits and pulse generators, with each sensor cell part of a corresponding circuit is. The resistance Each sensor cell is changed depending on the size of the radiation incident on it. «Each cell works in of each circuit in such a way that the potential or the charge on a capacitor of the circuit is consistent with that of the circuit Resistance of the cell changed «Each capacitor of the circuit is charged during a rise time of the ramp signal, which is fed into this circuit above a reference level, which is preferably zero. «Each capacitor is optionally fed in according to the assigned cell resistance during part of the Ramp signal that is below this reference level is discharged. The subtraction of the capacitor potential from the injected Ramp Level produces a signal that crosses the reference level in a time that represents the cell resistance and corresponds to the incident radiation o The ramp signal fed into each circuit is combined offset by an average signal level contributed by each circuit of the interconnected circuits so that a separate and unique time domain for the crossing level is established by each circuit is.
Mit Hilfe eines Rampensignals und der gemeinsamen Versetzungen wird eine elektronische Abtastung ohne die Schwierigkeiten der Schaltstöße und der Veränderungen der Bezugsspannung ermöglicht. Da das Rampensignal eine weit lang- With the aid of a ramp signal and the common offsets, electronic sampling becomes without the difficulty the switching surges and the changes in the reference voltage. Since the ramp signal has a long
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saniere Frequenz als die Erfassungsfrequenz der Fühler- aufweist, stellen die Fühlerzeitkonstanten bei weitem keine Einschränkung der Fühlererfassungageschwindigkeit dar.rehabilitate frequency than the detection frequency of the sensor, the sensor time constants are nowhere near any Restriction of the sensor acquisition speed.
Die Impulsfolge kann in ein Signal mit einer veränderlichen Amplitude umgewandelt werden, das zur Steuerung der Anzeigeintensität auf einem Anzeigeschirm verwendet wird, um ein Lichtintensitätsmuster zu erzeugen, bei dem örtlich die durch die Fühleranordnung empfangene Strahlungsintensität angezeigt ist. Die Anordnung kann auch mechanisch gedreht werden, um einen Raumwinkelbereich für die erfaßte Strahlung zu liefern, die ihrerseits als ein zweidimensional es Lichtmuster auf dem Anzeigeschirm angezeigt werden kann.The pulse train can be converted into a signal with a variable amplitude that is used to control the Display intensity on a display screen is used to generate a light intensity pattern in which locally the radiation intensity received by the sensor arrangement is displayed. The arrangement can also be rotated mechanically to a solid angle range for the detected To deliver radiation, which in turn is displayed as a two-dimensional light pattern on the display screen can.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the figures. Show it:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der allgemeinen Wirkungsweise der Erfindung;Fig. 1 is a block diagram to explain the general Mode of operation of the invention;
Fig. 2 ein Diagramm mit den erfindungsgemäßen elektronischen Abtasteinrichtungen j2 shows a diagram with the electronic devices according to the invention Scanners j
Fig. 3 ein Diagramm mit Signalformen, das der Erläuterung der erfindungsgemäßen elektronischen Abtastung dient;Fig. 3 is a waveform diagram useful for explanation the electronic scanning according to the invention is used;
Fig. 4 ein Signalformdlagramm, das die Umwandlung desFig. 4 is a waveform diagram showing the conversion of the
impulslagemodulierten Signals in ein amplitudenmoduliertes Signal erläutert;pulse position modulated signal into an amplitude modulated Signal explained;
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Fig«, 5 eine Schaltung einer Ausbildungsform der Fühlerzeil enschaltung;Fig «, 5 a circuit of a form of embodiment of the sensor line circuit;
Fig. 6 eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Fühlerzellenschaltung;6 shows a circuit of a further embodiment the sensor cell circuit;
Fig. 7 ein Blockdiagramm einer abgeänderten Abtasteinrichtung; undFig. 7 is a block diagram of a modified scanner; and
Fig» 8 ein Diagramm einer erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung mit einem Raumwinkel0 8 shows a diagram of a scanning device according to the invention with a solid angle of 0
In der Fig. 1 weist ein Substrat 12 eine lineare Anordnung 13 von Fühlerzellen lh und entsprechenden, in Serie verbundenen Schaltungen 16 und Impulsgeneratoren 18 aufo Ein Rampengenerator 19 speist ein periodisches Rampensignal in die Serienverbindung der Schaltungen 16 ein. Mit jeder Fühlerzelle 1*f arbeitet eine Schaltung 16 und ein Impulsgenerator 18, um eine nacheinanderfolgende Abtastung jeder Fühlerzelle zu ermöglichen und um eine impulslagemodulierte Impulsfolge abhängig vom Rampensignal zu erzeugen. Die Lage jedes Impulses stellt die auf eine entsprechende Fühlerzelle einfallende Strahlung dar.In FIG. 1, a substrate 12 has a linear array 13 of sensor cells lh and corresponding series-connected circuits 16 and pulse generators 18 o A ramp generator 19 supplies a periodic ramp signal in the series connection of the circuits 16 a. A circuit 16 and a pulse generator 18 operate with each sensor cell 1 * f in order to enable successive scanning of each sensor cell and to generate a pulse position-modulated pulse sequence as a function of the ramp signal. The position of each pulse represents the radiation incident on a corresponding sensor cell.
In der bevorzugten Ausführungsform spricht jede Füh lerzelle Ik auf eine infrarote Strahlung von einer Quelle an, die gegenüber den Strahlungsquellen der übrigen Zellen 14 der Anordnung 13 linear versetzt ist. Die Anordnung der Zellen und die spektrale Empfindlichkeit der Zellen dient nur ale Beispiel. Die Anordnung der Zellen und die spektrale Empfindlichkeit der Zellen können den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden. In the preferred embodiment, each sensor cell Ik responds to infrared radiation from a source which is linearly offset from the radiation sources of the remaining cells 14 of the arrangement 13. The arrangement of the cells and the spectral sensitivity of the cells are only examples. The arrangement of the cells and the spectral sensitivity of the cells can be adapted to the respective requirements.
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In der Fig. 2 sind die auf dem Substrat 12 zur Durchführung der elektronischen Abtastung der Anordnung 13 vorgesehenen elektronischen Einrichtungen dargestellt. Auf dem Substrat 12 sind mehrere Schaltungen 20 vorgesehen, die Eingänge 22, Ausgänge 24 und Massepunkte 26 haben.In FIG. 2, the electronic devices provided on the substrate 12 for carrying out the electronic scanning of the arrangement 13 are shown. A plurality of circuits 20, which have inputs 22, outputs 24 and ground points 26 , are provided on substrate 12.
Jede Schaltung besteht aus einem Widerstand 28, der den Eingang 22 mit der positiven oder heißen Seite eines Kondensators 30 verbindet, während die negative oder kalte Seite des Kondensators 30 mit dem Masseanschluß 26 verbunden ist. Vom Verbindungspunkt des Widerstandes 28 und des Kondensators 30 führt bei jeder Schaltung eine Parallelschaltung eines veränderbaren Widerstandes 32, einer Fühlerzelle 3k und eines Schiebekondensators 26 zur Anode einer Diode 380 Die Kathode der Diode 38 ist mit dem Ausgang 24 jeder Schaltung 20 verbunden. Alle Schaltungen 20 sind in Serie so miteinander verbunden, daß der Ausgang 2k einer Schaltung direkt in den Eingang 22 der als nächste folgenden Schaltung auf dem Substrat 12 eingespeist wird. Aufeinanderfolgende Schaltungen 20 enthalten aufeinanderfolgende Fühlerzellen 34 in der linearen Zellenanordnung.Each circuit consists of a resistor 28 which connects the input 22 to the positive or hot side of a capacitor 30, while the negative or cold side of the capacitor 30 is connected to the ground terminal 26. In each circuit, a parallel connection of a variable resistor 32, a sensor cell 3k and a sliding capacitor 26 leads from the connection point of the resistor 28 and the capacitor 30 to the anode of a diode 380.The cathode of the diode 38 is connected to the output 24 of each circuit 20. All of the circuits 20 are connected to one another in series in such a way that the output 2k of one circuit is fed directly into the input 22 of the next following circuit on the substrate 12. Successive circuits 20 include successive sensor cells 34 in the linear array of cells.
Der Ausgang 2k jeder Schaltung führt zu Impulsgeneratoren 39, von denen jeder als Spannungsteiler zwei Widerstände k0 und k2 aufweist, wobei der Widerstand k2 zum Massepunkt 26 führt. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen k0 und 42 ist mit der Basis eines npn-Transistors kk verbunden, wobei der Emitter dieses Transistors kk geerdet ist. Ein Widerstand 46 verbindet den Kollektor des Transistors 44 mit einer Versorgungsleitung 48 von positiver Spannung. Der Kollektor des Transistors 44 ist überThe output 2k of each circuit leads to pulse generators 39, each of which has two resistors k0 and k2 as a voltage divider, the resistor k2 leading to the ground point 26. The connection point between the resistors k0 and 42 is connected to the base of an npn transistor kk , the emitter of this transistor kk being grounded. A resistor 46 connects the collector of transistor 44 to a supply line 48 of positive voltage. The collector of transistor 44 is over
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einen Ausgangskondensator 50 mit der Basis eines Transistors 52 wechselstrommäßig gekoppelt, wobei der Transistor 52 durcli spannungsteilende Widerstände 54 und 56 vorgespannt ist, die jeweils mit der positiven Versorgungsleitung 48 und dem Massepunkt 26 verbunden sind« Ein Emitterwiderstand 58 verbindet den Emitter des npn-Transistors 52 mit dem Masseanschluß 26, während ein Kollektorwiderstand 60 den Kollektor des Transistors 58 mit der positiven Versorgungsleitung 48 verbindet« Ein Ausgangskondensator· 62 erzeugt eine wechseis tr ommäßige Kopplung und eine Differenzierung des Signals am Kollektor des Transistors 52 und speist dieses Signal in die Basis eines pnp-Transistors 64 ein, dessen Emitter mit der positiven Versorgungsleitung 48 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 64 ist über einen Widerstand 66 mit der Masseleitung 2,6 verbunden, während die Basis über einen Widerstand 68 an die Masseleitung 26 angeschlossen ist. Der Transistor 6h wirkt als impulsformender Transistor und erzeugt über einen Kondensator 70» der mit dem Kollektor des Transistors 6h verbunden 1st, ein Ausgangssignal. Die Ausgänge der Kondensatoren 70 sind alle mit einem Impulsfolgeleiter 72 verbunden, der zu einem Impulsverstärker 74 führt«an output capacitor 50 is alternately coupled to the base of a transistor 52, the transistor 52 being biased by voltage-dividing resistors 54 and 56, which are each connected to the positive supply line 48 and the ground point 26. An emitter resistor 58 connects the emitter of the npn transistor 52 to ground terminal 26, while a collector resistor 60 connects the collector of transistor 58 to positive supply line 48. An output capacitor 62 generates an alternating coupling and differentiation of the signal at the collector of transistor 52 and feeds this signal into the base of a pnp -Transistor 64, the emitter of which is connected to the positive supply line 48. The collector of the transistor 64 is connected to the ground line 2, 6 via a resistor 66 , while the base is connected to the ground line 26 via a resistor 68. The transistor 6h acts as a pulse-shaping transistor and generates an output signal via a capacitor 70 which is connected to the collector of the transistor 6h . The outputs of the capacitors 70 are all connected to a pulse train conductor 72 which leads to a pulse amplifier 74 «
Ein Anzeiger 76 in der Form einer Kathodenstrahlröhre hat für die horizontale zeitliche Ablenkung einen Anschluß 78, der für ein Sägezahn-Rampensignal mit einer Zeitablenkgeschwindigkeit von ungefähr 2 kHz eingestellt ist. Das Rampensignal von diesem Anschluß wird in den Eingang 22 der ersten Schaltung 20 der hintereinandergeschalteten Schaltungen eingespeist.An indicator 76 in the form of a cathode ray tube has a terminal 78 for the horizontal time deflection, which is for a sawtooth ramp signal with a time deflection rate is set to about 2 kHz. The ramp signal from this terminal is fed into input 22 the first circuit 20 of the series-connected circuits.
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Als Beispiel werden nachfolgend in einer Tabelle Wert· für die wichtigen Bauelemente der Schaltung 20 und des Impulsgenerators 39 angegeben:As an example, values for the important components of the circuit 20 and the pulse generator are shown below in a table 39 stated:
Fühler Jk zwischen 30 kQ und kO Sensor Jk between 30 kQ and kO
Kondensator "}6 zwischen 0,01 und 1,0 /Capacitor "} 6 between 0.01 and 1.0 /
Widerstand 28 2 k/2Resistance 28 2 k / 2
Kondensator 30 1,0 /uFCapacitor 30 1.0 / uF
Rampensignal 2 kHz bei einer AusgangsimpedanzRamp signal 2 kHz with an output impedance
von 2-10 Hfrom 2-10 H
Widerstände kO und k2 jeweils 100 kilResistances kO and k2 each 100 kilograms
Im Betrieb ist das periodische Rampensignal von einer Frequenz von 2 kHz vom Ausgang 78 ein Wechselstromsignal, das den durch den Pegel der Masseleitung 26 errichtete Nullsignalpegel überbrückt. Dieses Signal wird in die erste Schaltung 20 eingespeist und durch die Kombination des Widerstandes 28 und des Kondensators 30 tiefpaßgefiltert. Die Diode J8 leitet nicht, bis das Rampensignal mit einem Betrag positiv wird, der jegliche Restspannung am Kondensator 36, der parallel zur Fühlerzelle 3k liegt, übersteigt. Die Restspannung am Kondensator 36 wird durch den Widerstand der Zelle Jk bestimmt, die den Kondensator 36 während der negativen Teile der Rampe entlädt. Er wird durch die Spannung an dieser während der positiven Teile der Rampe aufgeladen. Auf diese Weise übersteigt die Spannung am Ausgang Zk der ersten Schaltung 20 den Wert Null in einer Zeit, die von der Ladung des Kondensators 36 und entsprechend vom Widerstand der Fühlerzelle 3k abhängt. Da der WiderstandIn operation, the periodic ramp signal of a frequency of 2 kHz from output 78 is an alternating current signal which bridges the zero signal level established by the level of the ground line 26. This signal is fed into the first circuit 20 and low-pass filtered by the combination of the resistor 28 and the capacitor 30. Diode J8 does not conduct until the ramp signal becomes positive by an amount that exceeds any residual voltage on capacitor 36 that is in parallel with sensor cell 3k. The residual voltage on capacitor 36 is determined by the resistance of cell Jk , which discharges capacitor 36 during the negative parts of the ramp. It is charged by the voltage across it during the positive parts of the ramp. In this way, the voltage at the output Zk of the first circuit 20 exceeds the value zero in a time which depends on the charge of the capacitor 36 and correspondingly on the resistance of the sensor cell 3k. Because the resistance
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der Zelle von der auf diese einfallenden Strahlung abhängt, stellt die Zeit, im Verhältnis zu der Zeit, in der das Rampensignal von 2 kHz den Wert Null kreuzt, in der zuerst eine positive Spannung am Ausgang 2k der ersten Schaltung auftritt, die auf die Fühlerzelle in dieser ersten Schaltung einfallende Strahlung dar. Sobald das Ausgangssignal 2k positiv wird, rufen die Transistoren kk, 52 und 6k jeweils eine Verstärkung, eine Differenzierung und eine Sättigungsformgebung hervor, um so einen gut geformten Impuls am Ausgang des Kondensators 70 zu erzeugen» Das Auftreten des Impulses wird um die Zeit verzögert, in der die Spannung am Kondensator 30 zuerst mit einem Betrag positiv wird, der von der auf die entsprechende Fühlerzelle 3k einfallenden Strahlung abhängt.of the cell depends on the radiation incident on it, represents the time, in relation to the time in which the ramp signal of 2 kHz crosses the value zero, in which a positive voltage first occurs at the output 2k of the first circuit that acts on the sensor cell in this first circuit represent incident radiation. As soon as the output signal 2k becomes positive, the transistors kk , 52 and 6k cause amplification, differentiation and saturation shaping, in order to generate a well-shaped pulse at the output of the capacitor 70 »The occurrence of the pulse is delayed by the time in which the voltage on the capacitor 30 first becomes positive by an amount which depends on the radiation incident on the corresponding sensor cell 3k.
Der Ausgang 2k der ersten Schaltung 20 ist mit dem Eingang 22 der zweiten Schaltung 20 verbunden. Das durch den Widerstand 28 und den Kondensator 30 gebildete Tiefpaßfilter der zweiten Schaltung empfängt das Rampensignal durch die Wechselstromkopplung des Kondensators 36 in der ersten Schaltung. Das Tiefpaßfilter ist mit einer ausreiniedrigen Zeitkonstante ausgestattet, um alle transienten und kurzzeitigen Aufladungen auszufiltrieren. Bei der Entladung wird nur eine mittlere Spannung erhalten, die vom Kondensator der ersten Schaltung verschoben ist. Diese Verschiebung liegt in negativer Richtung und wird zu einer weiteren kurzen Spannungsverschiebung hinzugezählt, die durch den Kondensator 36 in der zweiten Schaltung 20 bewirkt wird. Der schließlich am Ausgang des Kondensators 70 den zweiten Impulsgenerators 39 erzeugte Impuls ist um eine Zeit verzögert, die der mittleren Verschiebung plus einer Zeit ent-The output 2k of the first circuit 20 is connected to the input 22 of the second circuit 20. The second circuit low pass filter formed by resistor 28 and capacitor 30 receives the ramp signal through the AC coupling of capacitor 36 in the first circuit. The low-pass filter is equipped with a very low time constant in order to filter out all transient and short-term charges. When discharging, only an average voltage is obtained, which is shifted by the capacitor of the first circuit. This shift is in the negative direction and is added to a further short voltage shift that is brought about by the capacitor 36 in the second circuit 20. The pulse finally generated by the second pulse generator 39 at the output of the capacitor 70 is delayed by a time which corresponds to the mean displacement plus a time.
2 0 0 « 0 8 / Ci 7 0 ö2 0 0 «0 8 / Ci 7 0 ö
spricht, die die auf die FUhJ erzeile 3k der zweiten Schaltung einfallende Strahlung darstellt. Zum Einlaufen sind einige Perioden des Rampensignals erforderlich, bevor die gesamte Schaltung im Ruhezustand ist.speaks, which represents the radiation incident on the FUhJ erzeile 3k of the second circuit. A few periods of the ramp signal are required to run in before the entire circuit is in the idle state.
Es sind soviele zusätzliche ähnliche Leitungsnetze und entsprechende Schaltungen vorgesehen, wie Fühlerzellen 3^ in der Anordnung 13 erwünscht sind. Während die Grundstruktur jedes Leitungsnetzes die gleiche ist, können die Werte der Bauelemente leicht abweichen, wobei die mittlere Verschiebung jedes Leitungsnetzes im wesentlichen den gleichen Wert aufweist. Die Stellwiderstände 3^ sind vorgesehen, um diese mittlere Verschiebung einzustellen.There are so many additional similar pipeline networks and appropriate circuits are provided, such as sensor cells 3 ^ in of the arrangement 13 are desired. While the basic structure every line network is the same, the values of the Components differ slightly, with the mean displacement of each line network being essentially the same having. The variable resistors 3 ^ are provided to this set the mean shift.
In der Fig. 3 ist eine Serie von zeitlich aufeinanderfolgenden Kurven 80, 82, 8k, 86 und 88 dargestellt, die den Leitungsnetzen und den Impulsgeneratoren von der N-ten bis zur N+^ten Fühlerzelle der Fig. 3 entsprechen. Die Kurven stellen Rampensignale dar, wie sie an verschiedenen Punkten bei einer Folge von fünf nebeneinanderliegenden Schaltungen beobachtet werden. Die verschiedenen Schaltungspunkte, an denen die dargestellten Signalformen auftreten, sind mit 90, 92 und 9k bezeichnet und entsprechen den Signalen an den Eingängen 22 nach der Tiefpaßfilterung, den Signalen an den Ausgängen 2k nach der Verstärkung und den impulsgeformten Ausgangssignalen bei den Kondensatoren 70. Das Ergebnis der Summierung aller dieser Ausgangssignale der Kondensatoren 70 in die Leitung 72 erzeugt eine Impulsfolge, die mit 96 bezeichnet ist.3 shows a series of curves 80, 82, 8k, 86 and 88 following one another in time, which correspond to the line networks and the pulse generators from the Nth to the N + ^ th sensor cell in FIG. The curves represent ramp signals as observed at different points in a sequence of five adjacent circuits. The various circuit points at which the illustrated waveforms occur are designated by 90, 92 and 9k and correspond to the signals at the inputs 22 after the low-pass filtering, the signals at the outputs 2k after amplification and the pulse-shaped output signals at the capacitors 70. The The result of the summation of all these output signals of the capacitors 70 in the line 72 produces a pulse train which is designated by 96 .
Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, wird das Sägezahnsi-As shown in Fig. 2, the sawtooth is
8)0/07058) 0/0705
gnal mit einer Frequenz von 2 kHz vom Anschluß 78 in einen synchronisierten Sägezahngenerator 100 eingespeist, der bei einer wesentlich höheren Frequenz als bei 2 kHz arbeitet. Die Periode dieser hohen Sägezahnfrequenz ist kalibriert, um die Periode der Impulse aTif der Folge der Leitung 72 auszugleichen, wenn alle Fühlerzellen die gleiche Strahlung empfangen. Die Ausgangssignale des Impulsverstärkers 7h und des synchronisierten Sägezahngenerators 100 werden in einen Videodiskriminator 102 eingespeist, der die Ausgangsimpulsfolge des Impulsverstärkers "7k in ihrer Amplitude moduliert. Wie aus der Fig. k hervorgeht, erfolgt die Modulierung dadurch, daß die verstärkte Impulsfolge zu dem Ausgangssignal des synchronisierten Sägezahngenerators 100 addiert wird und daß eine genügend negative Vorspannung addiert wird, so daß das resultierende Signal nur dann das Nullpegelsignal übersteigt, wenn ein Impuls vom Verstärker 7^ auftrittc Nach der Gleichrichtung der positiven Halbperiode im Videodiskriminator 102 haben die resultierenden Ausgangsimpulse eine Amplitude, die zeitlich vom Auftreten jeder Periode des Sägezahn-Ausgangssignals relativ abhängt. Ein Tiefpaßfilter 104 ebnet die amplitudenmodulierten Impulse ein und überträgt im wesentlichen ihre Umhüllende auf die Z-Achse des Anzeigers 76, um die Intensität der Spur auf einem Anzeigeschirm I06 zu modulieren.gnal is fed at a frequency of 2 kHz from terminal 78 to a synchronized sawtooth generator 100 which operates at a much higher frequency than 2 kHz. The period of this high sawtooth frequency is calibrated to compensate for the period of the pulses aTif of the line 72 train when all the sensor cells are receiving the same radiation. The outputs of the pulse amplifier 7h and the synchronized ramp generator 100 are fed into a Videodiskriminator 102 which modulates the output pulse train of the pulse amplifier "7k in amplitude. As seen from Fig k apparent., The modulation is effected in that the amplified pulse train at the output of the synchronized sawtooth generator 100 is added and that a sufficiently negative bias voltage is added so that the resulting signal only exceeds the zero level signal when a pulse from the amplifier 7 ^ occurs c After the rectification of the positive half cycle in the video discriminator 102, the resulting output pulses have an amplitude which is relatively dependent on the occurrence of each period of the sawtooth output signal with respect to time u modulate.
In der Schaltung 20 können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, um eine verstärkte Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen des Widerstandes der Fühlerzelle zu gewährleisten. Dies gilt besonders für niedrige Pegel der einfallenden Strahlung und dementsprechend für hohe Werte des Widerstandes der Fühlerzelle. Eine derartige Abänderung ist in der Fig. 5 dargestellt. Dabei ist über dem Eingang Wk Various changes can be made in circuit 20 to provide increased sensitivity to changes in the resistance of the sensor cell. This is especially true for low levels of incident radiation and accordingly for high values of the resistance of the sensor cell. Such a modification is shown in FIG. It is above the entrance Wk
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der Schaltung ein Widerstand 110 und ein Kondensator 112 als Tiefpaßfilter vorgesehen. Vom Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 110 und dem Kondensator 112 führt ein Schiebekondensator 116 zur Anode einer Diode 118, die in einer Durchlaßrichtung mit einem Ausgang 120 der Schaltung verbunden ist. Über dem Schiebekondensator 116 liegt ein npn-Transistor 122 mit seinem Emitter und seinem Kollektor, wobei der Emitter mit dem Tiefpaßfilter verbunden ist. Eine Stromquelle oder ein Netzgerät 124 für den Transistor 122 ist jeweils über Widerstände 126 und 128 mit dem Kollektor und dem Emitter verbunden. In die Basis des Transistors wird durch einen Spannungsteiler über dem Netzgerät 124, der aus einem Widerstand 130 und einer Fühlerzelle 132 besteht, ein Strom eingespeist. Bei dieser Schaltung rufen Widerstandsveränderungen der Fühlerzelle 132 in der Ansteuerung gegenüber dem Transistor 122 Änderungen hervor, wobei die sich ergebende Verstärkung auf den Kondensator 116 durch den Verstärkungsgrad des Transistors 122 ergibt.In the circuit, a resistor 110 and a capacitor 112 are provided as a low-pass filter. From the connection point between the resistor 110 and the capacitor 112 leads a sliding capacitor 116 to the anode of a diode 118, which is in a Forward direction connected to an output 120 of the circuit is. An npn transistor 122 with its emitter and its collector is located above the sliding capacitor 116, wherein the emitter is connected to the low-pass filter. A power source or power supply 124 for transistor 122 is connected to the collector via resistors 126 and 128, respectively and connected to the emitter. A voltage divider via the power supply unit 124, which consists of a resistor 130 and a sensor cell 132 is fed a current. Call at this circuit Changes in resistance of the sensor cell 132 in the control changes with respect to transistor 122, with the resulting gain being passed on to capacitor 116 gives the gain of transistor 122.
In der Fig. 6 ist eine weitere, zu der Fig. 5 ähnliche, aber etwas vereinfachte Abänderung dargestellt. Die Stromquelle oder das Netzgerät 124 ist weggelassen. Dabei ist der Kondensator 116 an Anschlüssen mit der Transistorschaltung verbunden, an denen in der Fig. 5 das Netzgerät oder die Stromquelle 124 vorgesehen war. Die Verbindungen zwischen dem Kondensator 116 direkt zum Emitter und Kollektor des Transistors 122 sind weggelassen. Beim AusfUhrungsbeispiel der Fig. 6 gewährleistet die Ladung auf dem Kondensator die Betriebsquelle für den Transistorkreis, wobei die Wirkungsweise in allen anderen Punkten derjenigen des Ausführungsbeispiel s der Fig. 5 entspricht, um eine VerstärkungIn Fig. 6 is another, similar to Fig. 5, but a somewhat simplified modification is shown. The power source or power supply unit 124 is omitted. Here is the Capacitor 116 connected to the transistor circuit connected to which the power supply unit or the power source 124 was provided in FIG. 5. The connections between the capacitor 116 directly to the emitter and collector of transistor 122 are omitted. In the exemplary embodiment 6, the charge on the capacitor ensures the source of operation for the transistor circuit, with the mode of operation corresponds in all other points to that of the embodiment s of FIG. 5 to gain
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der Änderungen des Widerstandes der Zelle 132 beim Entladen des Kondensators 116 hervorzurufen. Der Transistor 122 gewährleistet einen Entladungsweg mit einem verringerten Widerstand für den Kondensator 116 unter der Steuerung des höheren Widerstandes in der Zelle 132.the changes in resistance of cell 132 upon discharge of the capacitor 116 to cause. The transistor 122 ensures a reduced resistance discharge path for capacitor 116 under the control of the higher resistance in cell 132.
Wie oben bereits ausgeführt wurde, bewirkt die in der Fig. 2 mit den Schaltungen der Figuren 1, k oder 5 dargestellte Einrichtung im Betrieb eine gemeinsame Verringerung des Potentials des Rampensignals von einer Schaltung 20 zur nächsten. Diese gemeinsame Verringerung bewirkt ihrerseits tatsächlich eine Zeitverschiebung von einer Schaltung zur nächsten in dem Punkt, wenn das Rampensignal den Nullpegel, der jeder Schaltung zugeordnet ist, kreuzt. Diese gemeinsame Verschiebung und die sich ergebende Zeitverschiebung erzeugen die Wirkung einer elektronischen Abtastung der Werte der Fühlerzellen in einer linearen Anordnung. In der Fig. 7 ist eine weitere Ausbildungsform für diese elektronische Abtastung dargestellt. Diese Ausführungsform umfaßt einen Rampengenerator 13^» der ein Rampensignal in eine Schaltung 136 einer ersten Fühlerzelle und ebenso in eine Gleichstromschiebeschaltung 138 einspeist. Die Schaltung 138 enthält beispielsweise eine gefilterte Zenerdiode oder eine Batterie. Die Schaltung 138 subtrahiert einen vorbestimmten konstanten Gleichstrompegel von dem durch den Generator 13^ erzeugten Rampensignal. Das Ausgangssignal der Schaltung 138 wird in eine Schaltung 1kO einer zweiten Fühlerzelle und in eine zweite Gleichstromschiebeschaltung 1^2 eingespeist. Die Schaltung 142 gewährleistet eine entsprechende Gleichstromverringerung des vom Rainpengenerator 13^ kommenden Signals. Diese Anordnung wird über soviele Gleichstromschiebeschaltungen und Schaltungen wiederholt, wie esAs has already been explained above, the device shown in FIG. 2 with the circuits of FIGS. 1, k or 5 causes a common reduction in the potential of the ramp signal from one circuit 20 to the next during operation. This joint decrease in turn actually causes a time shift from one circuit to the next at the point when the ramp signal crosses the zero level associated with each circuit. This mutual shift and the resulting time shift produce the effect of electronically scanning the values of the sensor cells in a linear array. In Fig. 7, a further embodiment for this electronic scanning is shown. This embodiment comprises a ramp generator 13 which feeds a ramp signal into a circuit 1 36 of a first sensor cell and also into a DC shift circuit 138. The circuit 138 contains, for example, a filtered zener diode or a battery. Circuit 138 subtracts a predetermined constant DC level from the ramp signal generated by generator 13 ^. The output of circuit 138 is fed to a circuit 1 kO of a second sensor cell and a second DC shift circuit 1 ^ 2. The circuit 142 ensures a corresponding direct current reduction of the signal coming from the Rainpen generator 13 ^. This arrangement is repeated over as many DC shifter circuits and circuits as there are
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erforderlich ist, um sie der Anzahl der FUhlerzellen in der linearen Anordnung anzupassen. Das gesamte System erzeugt eine elektronische Abtastung der Anordnung der FUhlerzellen, die eine Impulsfolge ergibt, die von einem konstanten Abstand um Beträge abweichen, weiche für die auf jede Zelle einfallende Strahlung kennzeichnend sind.is required to match the number of sensor cells in the to adapt to the linear arrangement. The entire system generates an electronic scan of the arrangement of the sensor cells, which results in a pulse train which deviates from a constant distance by amounts that are applied to each cell incident radiation are characteristic.
Die diese Gleichstromverschiebung bewirkende Schaltung kann nur einen Widerstand umfassen, so daß die Serie der eine Gleichstromverschiebung bewirkenden Schaltungen über den Ausgang des Rampengenerators ein Spannungsteilersystem bildet. In diesem Fall wirkt der Rampengenerator als Stromquelle an seinen Ausgängen, wobei die Spannungsamplitude dem Rampensignal entspricht. Es ist bei diesen abgeänderten oder alternativen Systemen wichtig, daß der Spannungshub jeder Schaltung, der auf der erfaßten Strahlung beruht, nicht über die Gleichstromverschiebung zwischen den Schaltungen hinausgeht. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist dies automatisch durch die Wirkung der Verschiebung des Kondensators gewährleistet.The circuit causing this direct current shift can comprise only one resistor, so that the series of circuits causing a direct current shift forms a voltage divider system via the output of the ramp generator. In this case, the ramp generator acts as a current source at its outputs, the voltage amplitude corresponding to the ramp signal. It is important in these modified or alternative systems that the voltage swing of any circuit based on the detected radiation not exceed the DC offset between the circuits. In the embodiment of FIG. 2, this is automatically ensured by the effect of the displacement of the capacitor.
In der Fig. 8 ist schematisch ein vollständiges Strahlungserfassungsgerät mit dem erfindungsgemäßen Abtastsystem dargestellt. Das Gerät umfaßt ein Gehäuse }kk mit einer Öffnung 148. Im Gehäuse 1hk und hinter der Öffnung 1U8 ist ein Substrat 150 auf Drehzapfen 152 und 15^ zur Drehung um eine Achse 156 gelagert. Das Substrat I50 enthält eine lineare Anordnung 158 von Fühlerzellen. Auf demselben Substrat sind Leitungsnetze 160 und Impulsgeneratoren 162 neben den Zel len der Fühleranordnung 158 vorgesehen. A complete radiation detection device with the scanning system according to the invention is shown schematically in FIG. The device comprises a housing } kk with an opening 148. In the housing 1hk and behind the opening 1U8, a substrate 150 is mounted on pivot pins 152 and 15 ^ for rotation about an axis 156. The substrate 150 contains a linear array 158 of sensor cells. Line networks 160 and pulse generators 162 are provided next to the cells of the sensor arrangement 158 on the same substrate.
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. 15 . 22083U. 15th 22083U
Das Subsirat 15O ist über eine Auflage ~\6k mit einer
Infrarotlinse in der Öffnung 148 verbunden. Eine optische
Achse 168 der Linse I66 durchquert ungefähr die Mitte der Anordnung 158 der Fühlerzellen. Die Linse 166 ist aus der
Öffnung 1^8 heraus gegen eine Beobachtungsfläche 170 gekrümmt.
Eine Kante der Linse I66 ist gegen eine Nooke oder einen Hebedaumen 172 gedrückt, der sich um eine Achse 17^
parallel zur Achse 156 dreht« Eine Drehung der Nocke 172
bewirkt, daß die Linse 166 um die Achse I56 auf- und abwärtsgeht,
und so den Winkel verändert, auf den die optische Achse 168 der Linse I66 weist.Subsirate 150 is connected to an infrared lens in opening 148 via a support ~ \ 6k. An optical axis 168 of lens I66 traverses approximately the center of array 158 of sensor cells. The lens 166 is curved out of the opening 1 ^ 8 towards an observation surface 170. An edge of the lens 166 is pressed against a nook or a lifting thumb 172 which rotates about an axis 17 ^ parallel to the axis 156. One rotation of the cam 172
causes lens 166 to go up and down about axis 156, thus changing the angle pointed to by optical axis 168 of lens I66.
Die Auflage *\6k ist für eine Gleitbewegung des Substrats 150 in bezug auf die Linse 166 ausgebildet, um die Fokussierung der Strahlung auf die Anordnung I58 einzustellen. Da die Anordnung I58 der Fühlerzellen tatsächlich eine einzige Reihe von Zellen ist, erfolgt die Fokussierung der durch die Linse 166 empfangenen Strahlung auf die Fühlerzellen über einen eindimensionalen Winkel der Beobachtungsfläche 38. Da die Linse 168 durch die Nocke 172 bewegt und um die Achse 156 gedreht wird, überstreicht dieser Winkel einen senkrechten Winkel der Beobachtungsfläche 38 um die Abtastung eines rechtwinkligen Raumwinkels zu bewirken.The support * \ 6k is designed for a sliding movement of the substrate 150 with respect to the lens 166 in order to adjust the focusing of the radiation on the arrangement I58. Since the array I58 of the sensor cells is actually a single row of cells, the radiation received by the lens 166 is focused on the sensor cells over a one-dimensional angle of the observation surface 38 is, this angle sweeps over a perpendicular angle of the observation surface 38 to effect the scanning of a right-angled solid angle.
Auf dem Anzeiger 76 ist ein Anschluß 176 für die senkrechte Zeitbasis vorgesehen und auf eine niedrige Frequenz (beispielsweise 20 Hz) eines Sägezahnsignals eingestellt. Dieser Anschluß I76 steuert zusätzlich die senkrechte Ablenkung des Strahls auf dem Anzeigeschirm IO6 und ist auch mit einem Motor 178 verbunden, der synchron mit 20 Hz arbeitet, um die Nocke 172 der Fig. 7 anzutreiben, die ihrer-A vertical time base terminal 176 is provided on the indicator 76 and set to a low frequency (e.g., 20 Hz) of a sawtooth signal. This connection I76 additionally controls the vertical deflection of the beam on the display screen IO6 and is also connected to a motor 178 which operates synchronously at 20 Hz to drive the cam 172 of FIG.
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seits die Schwingung der Linse 166 über der Achse 156 mit einer Frequenz von 20 Hz bewirkt.on the other hand, the oscillation of the lens 166 over the axis 156 with a frequency of 20 Hz.
Der Anzeiger I76 ist in das Gehäuse 1UU (in der Fig. 8 schematisch dargestellt) eingepaßt, und sein Anzeigeschirm 106 weist in eine Kammer I80, die senkrecht zur optischen Achse 182 einer Sammellinse 184 vorgesehen ist. Unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse 182 ist hinter der Linse 18k eine spiegelnde Oberfläche I86 vorgesehen, die die Beleuchtung vom Anzeigeschirm IO6 auf eine Kamera I88 mit einer Filmebene 190 reflektiert. Die Filmebene 190 trägt einen Film 192, der jeweils zwischen einer Abwickel- und Aufwickelrolle 19k und 196 gespannt ist. Die Linse I8U ist so eingestellt, daß sie das Bild vom Anzeigeschirm 106 auf den Film 192 fokussiert. Die Kamera kann mit einem nicht dargestellten herkömmlichen mechanischen Verschluß versehen sein* Der Anzeiger 76 kann in herkömmlicher Weise aber auch so ausgebildet sein, daß eine Anzeige in vorbestimmten Zeitintervallen auftritt, wobei der Film 192 in dieser vorbestimmten Weise belichtet ist.The indicator I76 is fitted into the housing 1UU (shown schematically in FIG. 8), and its display screen 106 points into a chamber I80 which is provided perpendicular to the optical axis 182 of a converging lens 184. At an angle of 45 ° to the optical axis 182, a reflective surface I86 is provided behind the lens 18k, which reflects the illumination from the display screen IO6 onto a camera I88 with a film plane 190. The film plane 190 carries a film 192, which is stretched between an unwinding and winding roller 19k and 196, respectively. Lens I8U is adjusted to focus the image from display screen 106 onto film 192. The camera can be provided with a conventional mechanical shutter (not shown). The indicator 76 can also be designed in a conventional manner so that an indication occurs at predetermined time intervals, the film 192 being exposed in this predetermined manner.
An der Stelle der angegebenen Frequenzen und Perioden für die Rampen- und Sägezahnsignale können auch wesentlich abweichende Frequenzen und Perioden verwendet werden. Ebenso können auch andere Schaltungen und mechanische Einrichtungen vorgesehen sein. Insbesondere braucht die Anordnung keine gerade Linie von Fühlerzellen zu sein, sondern kann irgendein vorbestimmtes Muster der Zellen umfassen. Die Fühlerzellen können auch gegenüber einer anderen Strahlung als der infraroten, beispielsweise gegenüber der sichtbaren Strahlung, empfindlich sein. Sie können aber auch irgendeine variable Leitungseinrichtung sein.Instead of the specified frequencies and periods for the ramp and sawtooth signals can also be significantly different frequencies and periods can be used. Other circuits and mechanical devices can also be used be provided. In particular, the arrangement need not be a straight line of sensor cells, but can comprise some predetermined pattern of cells. The sensor cells can also be exposed to radiation other than the infrared, for example to the visible radiation, be sensitive. But you can also do any be variable line facility.
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